E-Auto-Akku nach Unfall oft ein Totalschaden – Grazer Forscher wollen das ändern

Ein Elektroauto soll Ressourcen sparen. Umso absurder ist es, wenn nach einem Unfall ein kompletter Akku ersetzt werden muss, obwohl viele seiner Zellen noch funktionieren. Genau das kann heute passieren, weil Batteriepakete oft verklebt und nur schwer zu zerlegen sind.

Forscher der TU Graz haben deshalb untersucht, wie sich Batterien von Anfang an reparaturfreundlicher bauen lassen. Ihr Ergebnis: Schon wenn nach einem Schaden acht Prozent der Zellen weiterverwendet werden können, kann sich ein leichter zerlegbarer Akku ökologisch und wirtschaftlich lohnen.

Die zugrunde liegende Studie erschien im Fachjournal Sustainable Production and Consumption. Das Team verglich drei unterschiedliche Batterie-Konstruktionen und untersuchte, wie sie sich bei Reparatur, Sicherheit, Kosten und Recycling schlagen. Entwickelt wurden die Konzepte zunächst für elektrische Zweiräder. Methoden und Simulationsansätze lassen sich laut TU Graz jedoch auch auf Pkw und Lastwagen übertragen.

Wie sich E-Auto-Batterien leichter reparieren lassen

Als Ausgangspunkt diente eine Bauweise, wie sie bei heutigen Batteriesystemen vorkommt. Das Gehäuse ist verklebt, wärmeleitende Pasten führen die Wärme der Zellen ab. Für die Produktion hat das Vorteile. Bei einem Schaden erschweren die festen Verbindungen jedoch das Öffnen. Dadurch kann ein vergleichsweise begrenzter Defekt den Austausch eines größeren Teils der Batterie nach sich ziehen.

Dem stellten die Wissenschaftler zwei reparaturfreundlichere Varianten gegenüber. Bei einer Konstruktion lässt sich der Gehäusedeckel austauschen. Wärmeleitpads übernehmen dort die Wärmeabfuhr. Die zweite Variante nutzt ein elektrisch isolierendes Öl zur Kühlung. Ihr Gehäuse wird verschraubt und abgedichtet. Dadurch lässt sich das Batteriepaket zerlegen, sodass einzelne Zellen gezielt ersetzt werden können.

Die Bauweise macht den Unterschied

Besonders stark beeinflussen die Batteriezellen die Bilanz. Sie machen rund 75 Prozent der Masse des untersuchten Batteriepakets aus und stellen zugleich den größten Kostenfaktor dar. Deshalb kann es sich bereits lohnen, einen vergleichsweise kleinen Teil nach einem Unfall zu retten. Laut Lebenszyklusanalyse schneiden reparaturfreundliche Konstruktionen ökologisch und wirtschaftlich günstiger ab, sobald acht Prozent der Zellen wiederverwendet werden können.

Das bedeutet allerdings nicht, dass ein zerlegbarer Akku automatisch in jeder Phase nachhaltiger ist. Die beiden reparaturfreundlichen Varianten verursachen bei Herstellung und Nutzung zunächst höhere Umweltbelastungen als die versiegelte Konstruktion. Ihr Vorteil entsteht vor allem nach einem Schaden. Dann müssen intakte Zellen und andere Bauteile nicht zusammen mit beschädigten Komponenten ausgemustert werden. Auch beim Recycling erleichtert ein gut zerlegbares Gehäuse die Trennung und Rückgewinnung von Materialien.

Reparierbare Akkus haben auch Nachteile

Auch innerhalb der reparaturfreundlichen Designs gibt es Unterschiede. Ein austauschbarer Deckel allein garantiert keine schnelle Demontage. Viele Schrauben und Klebeverbindungen können die Arbeit verlängern. Die flüssigkeitsgekühlte Variante kommt mit weniger komplizierten Verbindungen aus. Dafür muss vor dem Zerlegen zunächst das Kühlmedium abgelassen werden. Reparierbarkeit hängt damit stark davon ab, wie sämtliche Bauteile zusammengefügt sind.

Diese fehlende Einheitlichkeit bereitet laut Projektleiter Markus Fasching von der TU Graz Schwierigkeiten. „Ohne einheitliche Konstruktionsstandards stehen Einsatzkräfte oft vor großen Herausforderungen, weil Aufbau und Verhalten von Batteriesystemen schwer einzuschätzen sind“, erklärt er. Gleichzeitig gingen wertvolle Ressourcen verloren, wenn Batterien weder repariert noch vollständig recycelt werden könnten. Gut durchdachte Konstruktionen könnten Sicherheit, Effizienz und Recyclingfähigkeit gemeinsam verbessern, so Fasching.

Versteckte Schäden können später gefährlich werden

Zum Projekt gehört deshalb auch die Frage, was nach einem Unfall im Inneren einer Batterie passiert. Nicht jede beschädigte Zelle fällt sofort aus. Winzige interne Kurzschlüsse können zunächst verborgen bleiben und später gefährliche Reaktionen begünstigen. Das Grazer Team arbeitete daher mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie und Computermodellen. Damit sollen innere Schäden zuverlässiger erkannt und der Zustand einzelner Zellen besser beurteilt werden.

Die Arbeit an den Batteriepaketen liefert damit zwei Ansatzpunkte für Reparaturen: Schäden müssen zuverlässig erkannt werden, und die betroffenen Teile müssen erreichbar sein. Erst dann können intakte Zellen im Paket bleiben oder erneut verwendet werden.

Kurz zusammengefasst:

• Reparaturfreundliche Designs erleichtern es, E-Auto-Batterien zu reparieren und dabei intakte Zellen weiterzuverwenden.
• Schon acht Prozent wiederverwendete Batteriezellen können ausreichen, damit sich ein reparaturfreundliches Konzept ökologisch und wirtschaftlich lohnt.
• Die untersuchten Entwürfe wurden zunächst für elektrische Zweiräder entwickelt; die Methoden sollen sich laut TU Graz auch auf Autos und Lkw übertragen lassen.

Übrigens: Eine neue PTFE-freie Trockenanode soll Lithium-Ionen gleichmäßiger durch dicke Elektroden leiten und damit Schnellladen sowie hohe Energiedichte erleichtern. Mehr dazu in unserem Artikel.

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